Endüstri 4.0 Bileşenleri, Avantajları ve Zorlukları Nelerdir?

Bugün teknolojinin günlük hayatımızda büyük bir rol oynadığına hiç bir şüphe yoktur. Teknolojinin hızla ilerlemesiyle birlikte, endüstrilerin işleyişinde dönüşüm kaçınılmaz hale gelmiştir. Bu dönüşümün en çarpıcı örneklerinden biri Endüstri 4.0‘dır. Endüstri 4.0, üretimle ilgili tüm teknik, yöntem ve süreçlerin ileri teknoloji ve bilgisayar tabanlı dijital olarak yönetilmesini ifade eder. Endüstri 4.0’ın getireceği yenilik ve gelişmeler, endüstriyel üretimde yeni bir nesil dijital üretim anlayışının doğuşunu sağlayacaktır.

GİRİŞ

Endüstri 4.0, üretim süreçlerinde dijital teknolojilerin yaygın olarak kullanılmasıyla birlikte gerçekleşen dördüncü endüstri devrimidir.  Dijitalleşme, otomasyon, veri analitiği ve yapay zeka gibi teknolojilerin üretim süreçlerine entegrasyonuyla birlikte, verimlilik, esneklik ve rekabet gücünde önemli artışlar sağlamayı hedefler. Endüstri 4.0 birden bire başlamamıştır. Manuel üretimden otomatik üretime kadar dünya sanayileşmede büyük bir sıçrama yaşamıştır.

Sanayi devriminin 18. yüzyıldan günümüze kadar devam eden devasa bir tarihi vardır. 

• 1. Sanayi Devrimi: 18. yüzyılın sonlarına doğru Britanya’da buhar gücünün mekanik enerjiye dönüştürülmesiyle manuel üretimden mekanik üretime geçilmiştir. Buharlı gemiler ve buharlı motorlar ile yeni ulaşım yolları ortaya çıkmıştır. Tekstil endüstrisi buhar gücünü kullanan ilk sektör olmuştur.
• 2. Sanayi Devrimi: ABD’de Thomas Edison’un elektriğin icat etmesiyle 1870’lerde başlamıştır. Elektrik ile aydınlatma bulununca sadece gündüz değil gece de çalışma fırsatı elde edilmiştir. Elektrik ile çalışabilen cihazların geliştirilmesiyle yeni bir teknolojik devrim başlamıştır. Endüstrilerde üretim seviyesi başka bir seviyeye ulaşmıştır. Tüm dünyada ağır sanayi teknoloji sayesinde gelişmesi kolaylaşmıştır. ABD, Almanya, Japonya ve İngiltere gibi ülkeler ağır sanayinin önde gelen üreticileri arasına girmiştir.
• 3. Sanayi Devrimi: 20. yüzyılın ikinci ortasında ortaya çıkmıştır. “Bilgi çağı” veya “Dijital devrim” olarak da adlandırılır. Bilgisayar, bilgi ve iletişim teknolojilerindeki gelişmeler sayesinde bilgi depolama ve işleme için yeni sistemler geliştirilmiştir. Dijital teknoloji sayesinde otomasyon sistemleri kurulmuştur. Bu çağda geliştirilen cihazlar günlük hayatlarımızda da kaçınılmaz yerini almıştır. Ayrıca, insan iş gücüne ihtiyacın azalmasını sağlamıştır.

Endüstri 4.0 Nedir?

2011 yılında Almanya’da Endüstri 4.0 terimiyle resmi olarak Alman hükümeti tarafından kabul edilen bir kavramdır. Endüstri 4.0’ın temel kavramları daha önceki yıllarda da kullanılıyordu. Birçok ülke ve çeşitli endüstriyel alanla farklı tanımlar altında benimsenmiş olsa da, genellikle endüstriyel üretimdeki dijital dönüşüm sürecini ifade eder. Temel olarak, geleneksel üretim, endüstriyel platform ve uygulamalara en son akıllı teknolojilerin nasıl entegre edilebileceğine odaklanır. Endüstri 4.0’ın uygulanmasıyla, makine veya nesnelerin etrafında olup bitenleri algılayabilmesi ve birbirleriyle doğrudan iletişim kurabilmesi hedeflenmektedir. 

Cihaz ve ekipmanların otonom olarak çalışacağı veya sürekli iyileştirme ile kişiye özel üretim için insanlarla işbirliği yapabileceği yeni bir sistemdir. Makineler bağımsız bir varlık gibi davranabilir. Ayrıca verileri toplayabilir, saklayabilir, analiz edebilir ve karar verebilir özellikleri vardır. Endüstri 4.0 sayesinde üretici bilgisayarı çalıştırmak yerine onlarla iletişim kurabilecek bir konumda olacaktır.  

Geleneksel üretim sistemini akıllı bir sisteme dönüştürmek için yeni modellerin, yeni form ve yöntemlerin benimsenmesiyle elde edilebilir. Bu tedarik üretimi, teslimat ve müşteri hizmetlerinin internet üzerinden birbirine bağlılığının arttırılmasıyla mümkündür. Geleneksel yöntemlerde katı gibi görünen değer zincirleri son derece esnek, özelleştirilebilir, yeniden yapılandırılabilir değer ağlarına dönüşür. 

Endüstri 4.0’ın Avantajları ve Zorlukları Nelerdir?

Günümüzde endüstriyel kuruluşlar, çağın getirdiği sosyal, iktisadi ve teknolojilik gelişmelere ve koşullara uyum sağlamaya çalışmaktadırlar. Bu yeniliklerin üstesinden gelebilmek için sanal ve fiziksel revizyonlar yapmak zorundadırlar. Bu yeniliklerin odak noktası, inovasyona yönelik, maliyetleri düşüren ve tüketicilerin taleplerine hızlı ve doğru cevap veren akıllı sistemlerin kullanıldığı Endüstri 4.0 çağına geçişi hızlandırmıştır. Endüstri 4.0 uygulamaları kuruluşlara bir çok avantajlar sağlamaktadır.

Endüstri 4.0’ın Faydaları

Endüstri 4.0’ın başlıca faydalarını sıralayacak olursak:

• Üretimde iş gücünü teknoloji ile birleştirilmesi ya da ortadan kaldırılması ile insan hatalarının minimize edilmesi,
• İnsan-makine üretim sistemini mümkün kılma,
• Üretim aşamalarının esnekliğe kavuşarak, daha yüksek kaliteye sahip müşteriye özel küçük partiler halinde özel ürünlerin tasarlanması ve üretilmesi,
• Optimizasyon ve otomasyon yoluyla artan üretkenlik,
• Üretimde verimlilik ve performansı artması,
• Karar verme ve yönetme süreçlerinde iyileşme,
• Ekonomik büyümede artış ve rekabet avantajı,
• Üretiminde üretilen ürünlerin anlık olarak izlenebilirliği ve sisteme uzaktan dahil olma özelliği,
• Yatırımların artması ve yeni istihdam olanakları gibi bir çok avantajı vardır.

Endüstri 4.0’ın Zorlukları

Endüstri 4.0’un getirdiği bir dizi avantajın yanı sıra, bu dijital dönüşüm süreci aynı zamanda çeşitli zorluklarla da karşılaşmaktadır.

• Endüstri 4.0 uygulamalarında ilk yatırım maliyetleri yüksektir. Alt yapının kurulması ve yeni teknolojilere yatırım yapılması önemli bir maliyet gerektirir. Küçük ve orta ölçekli işletmeler için süreç zorlayıcı olabilir.
• Değişim yönetimi, dikkatli bir şekilde kontrol edilmelidir.
• Endüstri 4.0, işletmelerde önemli kültürel değişime yol açabilir. Şirket kültürünün incelenmesi ve şirket çalışanlarının bu değişime adapte olması ve alışması gerekir.
• Kuruluşlarda tüm departmanların uygun bir şekilde birbirine bağlanması gerekir.
• Endüstri 4.0’ın yeni teknolojik uygulamaları için kalifiyeli personellere ihtiyaç vardır. Yeni yeteneklerin işe alınması ve çalışanların yeni becerilerle geliştirilmesi gerekir. 
• Anlık izlenebilirlik için üretim sistemlerinin internete bağlanması siber güvenlik risklerini beraberinde getirir. Verilerin güvenliği sağlanması çok önemlidir.
• Endüstri 4.0 değişimi için altyapı boşlukları giderilmelidir.
• Kuruluş çalışanlarının sürekli öğrenme ve iş başında eğitim uygulamalarıyla gelişim sağlanmalıdır.
• Uluslararası kanun ve düzenlemelerin Endüstri 4.0 teknolojilerine göre revize edilmesi şarttır.
• Endüstri 4.0’da müşterilere karşı şeffaflık, gizlilik, etik ve güvenlik meseleleri titizlikle dikkate alınmalıdır.

Endüstri 4.0 süreci yaygınlaştığında sektörlerde niteliksiz işgücü istihdamını zorlaştırabilir. Nitelikli ve iyi eğitimli işgücüne olan talepte artacaktır. Bu yüzden, eğitimin önemi daha da artarak üniversitelerde yeni eğitim programları oluşturulması gerekmektedir. Nitekim 2024 yılında artık üniversitelerde; yapay zeka, siber güvenlik, derin öğrenme, veri bilimi, makine öğrenmesi vb. bölümleri açılmaya başlamıştır. 

Endüstri 4.0’ın Anahtar Elementleri Nelerdir?

Endüstri 4.0, üretim dünyasını kökten değiştirecek dokuz temel anahtara dayanmaktadır. Bu anahtarlar, üretim süreçlerinin her adımını optimize etmek için kullanılan yeni nesil teknolojileri temsil eder. İster imalat sektöründe olun, ister farklı bir alanda, bu teknolojilerin tüm endüstrileri ve dolayısıyla tüm toplumu etkilemesi kaçınılmazdır. Bu nedenle, bu temel unsurları yakından tanımak ve anlamak son derece önemlidir.

Büyük Veri ve Analitik (Big Data and Analytics)

Günümüz bilgi çağıdır ve endüstriyel dünyada çok miktarda kullanılmamış veri mevcuttur. İnternet sunucu kayıtları, sosyal medya içerikleri, internet istatistikleri vb. büyük verilere örnek olarak gösterilebilir. Büyük veriler nasıl kullanılacağı bilinmeyen karmaşık bir şekilde toplanan verilerden ibarettir. Karmaşık veri yığınları, doğru analiz yöntemleri ile işletmeler için altın madenine dönüşebilir. Bu devasa veri denizinden çıkarılan bilgiler, iş dünyasının stratejik kararlarını yönlendirmeye, riskleri ustalıkla yönetmeye ve yenilikçi ürünler ve hizmetler geliştirmeye yardımcı olabilir.

Büyük Veri ve Analitikler, “Analitikler” adı verilen yeni bir iş yapma şeklini beraberinde getirecektir. Bu sayede, işletmeler:

• Öngörü gücünü arttırma: Hataları önceden tahmin ederek önlem alma imkanı yakalayabilir ve potansiyel riskleri bertaraf edebilir.
•  Fırsatları yakalama: Pazar trendlerini ve müşteri davranışlarını analiz ederek hızlıca harekete geçebilir ve yeni fırsatları değerlendirebilir.
• Verimliliği attırma: Hizmet ve bakım süreçlerini optimize ederek maliyetleri düşürür ve verimliliği arttırabilir.
• Müşteri memnuniyetini geliştirme: Müşterilerin beklentilerini analiz ederek ve pazar trendlerini takip ederek müşteri memnuniyetini en üst seviyeye çıkarıyor.
• Karar verme sürecini iyileştirme: Doğru ve hızlı analizler sayesinde karar alma süreçlerini kısaltır. Değer zincirlerinde önemli iyileştirmeler yapar.

Nesnelerin İnterneti (The Internet of Things/IoT)

Nesnelerin İnterneti, her şeyin birbirine bağlı olduğu bir dünya vizyonu sunar. Bu vizyon, üretimden ekonomiye, sosyal yaşamdan çevreye kadar her alanda devrim yaratma potansiyeline sahiptir. Üretim dünyasında, bu teknolojiye Endüstriyel Nesnelerin İnterneti (IIoT) denir. Üreticiler, makinelerine ve diğer nesnelere sensörler ve aktivatörlerle bağlayarak gerçek zamanlı veri toplayabilir ve daha verimli ve üretken operasyonlar oluşturabilirler.

Önerilen Yazı

Akıllı Tekstiller Nedir ve Uygulama Örnekleri Nelerdir?

Akıllı telefonlar, tabletler, dizüstü bilgisayarlar, giyilebilir cihazlar, arabalar ve veri aktarımını kolaylaştıran her türlü cihaz da bu ağa dahildir. Gelecekte ise insanlar, makineler, doğal kaynaklar, üretim hatları, lojistik ağları, tüketim süreçleri, geri dönüşüm süreçleri, ekonomik ve sosyal yaşamın her noktası bu ağa bağlanacak ve sensörler ve yazılımlar aracılığıyla veri akışı sağlayabilecektir. Bu Büyük Veriler (Big Data)  analiz araçları ile yorumlanabilir, akıllı algoritmalara dönüştürülebilir ve otomasyon sistemlerine aktarılabilmektedir.

Arttırılmış Gerçeklik (Augmented Reality)

Artırılmış gerçeklik (AR), dijital içeriğin gerçek dünyada tablet, cep telefonu veya özel gözlük gibi herhangi bir elektronik cihaz aracılığıyla görünür olmasını sağlar. Sanal Gerçeklik (VR) uygulamalarında dünya tamamen sanaldır, Artırılmış Gerçeklik uygulamalarında ise gerçek ve sanal dünya iç içe geçer. Artırılmış gerçeklik, güvenlik eğitimi, bakım ve imalat endüstrisinin birçok farklı alanında kullanılma potansiyeli taşımaktadır. 

• Operatör hizmetleri: AR gözlükleri veya tabletler aracılığıyla, gerçek zamanlı bilgi ve rehberlik alarak daha hızlı kararlar verebilir ve iş süreçlerini optimize edebilirler.
• Teknik servis hizmetleri: AR, teknisyenlerin karmaşık ekipmanları uzaktan tamir etmesine ve arıza teşhisini kolaylaştırmasına yardımcı olabilir.
• Kalite kontrol hizmetleri: AR, ürün kusurlarını gerçek zamanlı olarak tespit etmeyi ve üretim hatlarını optimize etmeyi sağlayabilir.

Bulut Bilişim Sistemi (The Cloud)

Bulut bilişim sistemi, mekândan bağımsız olarak bilgi paylaşımını sağlayan hizmetlerin genel adıdır. Kullanıcıların uygulamalarını, programlarını ve verilerini sanal bir sunucuda, yani “bulutta” depolamasını ve internete bağlı herhangi bir cihaz aracılığıyla bu bilgilere kolayca erişmesini mümkün kılar. Bulut bilişim, işletmelerin yazılım ve verilerini sabit bilgisayarlarda ya da yerel depolarda değil, bulut sistemlerinde tutarak, istedikleri her an sanal ağ üzerinden erişim sağlar. Bu sayede, veri yönetimi daha esnek, hızlı ve ekonomik bir şekilde gerçekleştirilebilir. 

Otonom Robotlar (Autonomous Robots)

Günümüzde robotlar insanlarla veya insansız çalışabilmektedir ve insan becerilerini öğrenebilmektedir.  İnsandan kaynaklı hataları en az indirmek amacıyla robotlar kullanılmaktadır. Otonom Robotlar ise robotlardan çok daha gelişmiş özelliklere sahiptir. Belli düzeyde zekaya sahip olup birbiriyle iletişim kurabilme, analiz yapma, değişikliklere hızla uyum sağlama gibi esneklik yetenekleri ile Endüstri 4.0 için kritik öneme sahiptirler. Akıllı Fabrikaların gerçekleşmesinde robot teknolojilerine önemli işlevler biçilmektedir. Üretimde robot teknolojisi kullanımı, geleneksel yöntemlere kıyasla daha düşük maliyetli ve daha yüksek verimli sonuçlar vermektedir.

Eklemeli Üretim (Additive Manufacturing)

Günümüzde artık birçok şirket, birim üretim ve prototip oluşturma için 3B baskı gibi eklemeli yöntemleri kullanmaktadır. Endüstri 4.0’ın benimsenmesiyle birlikte, küçük miktarlarda veya partiler halinde özelleştirilmiş ürün üretiminde, tasarım ve prototip oluşturmada çok yüksek performans için bu teknolojilerin kullanımı sağlanacaktır.

• 3B baskı, merkezi olmayan üretim sistemlerini kolaylaştırır.
• Nakliye maliyetleri ve envanter yönetimi maliyetlerini azaltabilir.
• Zamandan ve kaynaktan tasarruf sağlar.
• Malzeme verimliliği, çevreye duyarlılık, kişiye özel üretim yapabilme gibi bir çok faydası bulunmaktadır.
• Karmaşık parçalar montaja ve depolamaya gerek duymadan üretilebilmektedir. 

Sanal Gerçeklik (Virtual Reality/Simulation)

Simülasyonlar, ürün geliştirme ve üretim süreçlerinin fiziksel dünyasını sanal ortamda görselleştirmek ve yansıtmak için gerçek zamanlı verileri takip eder. Endüstriyel üretimde, planlama aşamasından kalite kontrole kadar her adımda sanal gerçeklik kullanılabilir. Sanal gerçeklik, Endüstri 4.0’ın temel taşlarından biri haline gelmiştir.

• Fabrika tasarımı: Simülasyon ile, bir fabrikanın sanal bir modelini oluşturabilir ve inşa etmeden önce verimliliğini ve işleyişini analiz edebilirsiniz. Bu sayede, pahalı hatalardan ve gecikmelerden kaçınabilirsiniz.
• Üretim takibi: Sanal gerçeklik gözlükleri ile tüm üretim hattını ve makineleri ayrıntılı olarak inceleyebilir, olası problemleri önceden tespit edebilirsiniz.
• Uzaktan eğitim: Simülasyon, çalışanlara tehlikeli veya karmaşık görevleri güvenli bir ortamda öğretmek için kullanılabilir.

Siber-Fiziksel Sistemler (Cyber-Physical Systems)

Siber-Fiziksel Sistemler siber ve fiziksel dünyanın bir araya geldiği sistemlerdir. Hesaplama, iletişim ve kontrol teknolojilerini entegre ederek fiziksel sistemlerin performansını ve işlevselliğini optimize etmeyi amaçlayan yenilikçi bir mühendislik yaklaşımıdır. Bu sistemler, sensörler, makineler, cihazlar ve diğer bileşenleri bir araya getirerek, sayısal (dijital) iletişim ağları üzerinden birbirleriyle etkileşime girmelerini sağlar. Günümüzde tasarlanan akıllı uçaklar, akıllı fabrikalar, akıllı şehirler, akıllı sağlık sistemler örnek olarak gösterilebilir.

• Artırılmış verimlilik: Üretim ve hizmet sunumunda daha hızlı ve daha verimli bir şekilde çalışma imkanı sunar.
• Daha düşük maliyetler: Enerji ve kaynak tasarrufu sağlar.
• Gelişmiş Güvenlik: Siber saldırılara karşı daha güçlü koruma güvencesi oluşturur.
• Daha iyi karar verme: Gerçek zamanlı veri analizi ve öngörülemeyen durumlara karşı hızlı tepki verme yeteneği geliştirilebilir.

Sistem Entegrasyonu (System Integration)

Sistem Entegrasyonu, birden fazla sistemin bir araya getirilerek tek bir bütün halinde çalışmasını sağlayan bir süreçtir. Bu sayede, makineler, tesisler ve sınai nesneler (buluşlar, yenilikler), endüstriyel internet aracılığıyla birbirleriyle bağlantı kurar ve veri alışverişinde bulunur.

Sistem Entegrasyonu Türleri:

• Yatay entegrasyon: Bir işletmenin, tedarikçileri ve müşterileri gibi dış paydaşlarıyla iletişim kurmasını ve veri paylaşmasını sağlar. Bu sayede, değer zinciri boyunca şeffaflık ve işbirliği artar.
• Dikey entegrasyon:Bir işletmenin içindeki farklı alt sistemleri birbiriyle entegre ederek daha etkin ve esnek bir üretim sistemi oluşturmasını sağlar.
• Uçtan uca entegrasyon: Ürün geliştirmeden müşteriye teslimata kadar tüm değer zinciri boyunca veri akışını ve entegrasyonu sağlar. Bu sayede, müşteri odaklı bir yaklaşım benimsenebilir ve ürün özelleştirme gibi gelişmiş iş modelleri sunulabilir.

Özetle, endüstri 4.0, üretim süreçlerinde dijitalleşme ve otomasyonun önemli bir evrimi olarak kabul edilir. Bu dönüşüm, otomasyon, veri analitiği, yapay zeka ve nesnelerin interneti gibi teknolojilerin kullanımını içerir. Endüstri 4.0’ın faydaları arasında verimlilik artışı, müşteri memnuniyetinin sağlanması, rekabet avantajı elde edilmesi, sürekli yenilik ve gelişmelerin teşvik edilmesi yer alır. Ancak, bu dönüşümü gerçekleştirmek için önemli yatırımlar ve işgücü eğitimi gerekmektedir. Ayrıca, veri güvenliği riskleri, düzenleyici uyum sorunları ve dijital uçurum gibi zorluklar da karşımıza çıkmaktadır. Endüstri 4.0, hem endüstriyel hem de toplumsal düzeyde büyük bir etki yaratması beklenen bir devrimsel hareketi temsil eder.

KAYNAKLAR

İlhan, İ., “Tekstil üretim süreçleri açısından endüstri 4.0 kavramı”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 25(7), 810-823, (2019).

Toshiba, “How Toshiba is using Cyber Physical Systems to benefit society”, (Eylül, 2019), https://asia.toshiba.com/business-stories/toshiba-business-stories-cyber-physical-systems-to-benefit-society/

Aneja, A., Kupka, K., Militky, J., Kadi, N., “TEXTILE INDUSTRY 4.0–PREPARING FOR DIGITAL FUTURE”, In Proceedings of the 19th World Textile Conference-Autex 2019, (2019, July).

Kumar, A., Kumar, S.,”Industry 4.0: Evolution, opportunities and challenges”, International Journal of Research in Business Studies, 5(1), 139-148, (2020).

Olgun, B. A., & Turan, F. K., “Tekstil sektöründe dijital dönüşüm ve tekstil firmalarının endüstri 4.0 kavramsal farkındalık düzeyini belirlemeye yönelik bir çalışma”, Tekstil ve Mühendis, 29(125), 28-40, (2022).